今回は効率よく基板製造を行う為に必要なテクニックとしての「面付け」とＶカットについて解説します。
見えない所で業者さんは頑張ってくれています。
試作基板を数枚製作するだけであれば、設計した外形データをそのまま製造業者に送付して製作してもらう事が出来ます。
ですが、実際には業者が所有する製造設備に対して基板のサイズが小さかったり、特殊な形状をしているといった場合が多く、そんなデータを安定して作業できる様に業者の方で届いたデータに対して固定用の「捨て板」を追加している場合が大半です。捨て板を追加した状態でPWBを製作、部品実装を行った後に余分な部分を除去して届けてくれています。
同じPCBを1回で複数生産する場合や、似た様なサイズの複数の回路を一度に製作する場合においては、ある程度の大きさを持った1枚の材料で纏めて製造工程を行う事が出来れば基板素材や製造に要する時間、費用の節約につなげることが出来ます。
製造費用の節約は、製作者も製造業者も共に費用対効果が大きくなるメリットに直結します。その効果を最大限に活用する為に、複数枚の基板を１度に並べる「面付け」処理を利用する事を検討しましょう。
回路を複数枚並べる「面付け」
PCBエディターで面付け処理をする手順について説明します。
プリント基板の設計が出来たら、まず最初に基板の外形寸法を確認します。
「寸法線を追加」アイコンを利用して縦方向（垂直方向）、横方向（水平方向）の寸法を表示します。
次に、マウスでドラッグして面付けを行いたい回路全体を選択、そのまま右クリックを押してサブメニューを呼び出し「特殊ツール」－「配列を作成」を選択します。
「配列を作成」を選択するとサブウィンドウが表示されます。
横と縦に複製する数を入力し、横方向又は縦方向の間隔欄に、先ほど確認した基板の寸法を入力して「ＯＫ」ボタンを押します。
「オフセット」「配置シフトの間隔」は特殊配置を行う場合以外あまり使用しませんので初期状態から変更しないで下さい。
入力した数値で、縦横に基板データの複製が出来ます。
この状態で加工後に中央を縦横にカットできる様に中央の十字線にＶカット加工の指示を出せば一度に４つのPCBを製造する事が出来ます。ですが、発注できるデータにする為にもう少し編集を続けます。
編集を続ける前に、複製したデータにつながっている補助線＝ラッツネストが表示されていると邪魔なので、エディター画面左側の「基板のラッツネストを表示」アイコンをクリックして無効に切り替えて非表示にします。
次に、面付けした４か所の線は隣の外形線が２本ずつ重なっていますので、１本ずつ削除して１本だけの線にします。
基のデータの外形線は四隅にＲ処理を行っていましたが、中間部分と中央のＲ加工については通常業者の加工で行う事が出来ません。残念ですが中間部の円弧を削除して、カット用のラインが直角に当たる様にしましょう。
Vカットを入れるラインは、基本的に基板の外形を水平又は垂直に突っ切る直線であることが大切です。
基板を突っ切る一直線だったとしても、基板に対して斜めにカットする事は出来ません。
また、Ｔ字に配置する加工を行いたい、といった場合はジャンプＶカットと呼ばれる加工を行う事で対応する事が出来ます。ただし、特殊加工となるのでWEB入稿方式の基板製造サービスを実施している企業の中では殆どの加工業者さんが対応していませんので注意しましょう。
今回の基板例の場合は中央の十字部分を「Ｖカット」する様に指示すれば良いのですが、多くの加工業者は
基板外形レイヤーに描画
Ｖカット線を他の外形線より太く（0.5ｍｍ程度）
図形枠の外側に「<V-Cut」等識別できる文字を表記する
といった表記を行う事で対応する事が出来る様になります。
旧バージョンKiCADでの表記方法
KiCADの場合、このVカット指示情報の入れ方として
「裏面シルクレイヤーに描く」
「外形レイヤーに描く」
といった2つの手法が、これまで両方とも等しく広く伝えられてきました。
なぜ２つの方法があったのかと言うと、旧バージョンのKiCADでは外形レイヤーに文字を入力する事が出来なかった事に原因があります。
「目立たない背面シルクスクリーンレイヤーに文字とカット線を入れる」
という手法が編み出され長い間テクニックとして伝わってきました。
ただ、実際にいくつかの製造業者の方にお話を聞いてみたところ、背面シルクスクリーンレイヤーに描画するよりも外形レイヤーでカット線だけ線幅を太くしてくれた方が、カット指示の文字が無くても識別しやすいそうです。
しかも、Ver.6シリーズ以降のKiCADでは、いよいよ外形線レイヤーに文字を入力できる様になりました。
現在ではこの機能を使って、外形線レイヤーに必要な情報を全部描く事が出来る様になっています。
もちろん、裏面シルクレイヤーに描かれたものは今後対応できない、と言う事ではありません。
「Vカットレイヤー」を用意して活用する
また、Vカット線を追加した事で外形線が一つの閉じたループで描かれなくなっている事から、3Dビューワ等の機能は意図した通りの表示が出来なくなります。デザインルールチェックなどその他の機能にも制約が生まれる点がありますので留意しておきましょう。
「Vカットの指示は残したまま、3Dビューワ等の表示も活用したい！」と言う場合、方法の一つとして「Vカットレイヤー」を作る方法もあります。裏面シルク描画と似た手法ですが、基板製造に使用しないレイヤー、ユーザーやFabレイヤーにVカットの指示を描き、識別しやすいよう「基板の設定」メニューで名前を変更する等してガーバー出力の時に一緒に出力する事で対応可能になります。
ここまでのデータ編集で、面付基板の試作用データであれば大体の試作業者で問題なく対応してもらえる形にはなりました。先ほどはVカット線に伴うエラーで表示できなかった丸穴や四隅の角丸め形状までデータが正常に処理されて描画ができています。
ですが、もしこの基板を機械実装で大量生産すると言った場合には、もう少し形状を編集する必要があります。
次回は、更なる編集として「捨て板の追加」と「位置決めマーク他の追加方法」などについて解説したいと思います。
